KR101532770B1 - 차압식 산기장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하/폐수 처리장에서 진행되는 포기 공정에서, 포기조에 대한 공기(산소) 전달 효율을 향상시킬 수 있으며, 포기조를 비우지 않고도 용이하게 폐색 및 파손에 대해 용이하게 대처를 할 수 있는 등 유지, 관리, 보수 및 교체가 용이한 차압식 산기장치에 관한 것이다. 상기 차압식 산기장치는 공기가 유입되는 제 1 영역(210)과, 포기조액이 공급되는 상기 제 1 영역(210) 하부의 제 2 영역(220)이 정의되어 있는 탱크(200); 상기 탱크(200) 상부에 연결되어 상기 제 1 영역(210)에 공기를 공급하는 공기 유입관(100); 상기 탱크(200) 측면에 연결되어 상기 제 2 영역(220)에 포기조액을 공급하는 포기조액 유입관(400); 상기 제 2영역(220)의 탱크(200) 하부에 연결되어 상기 탱크(200)의 세정시 이물질을 배출시키는 소제구(500); 및 상기 탱크(200)의 측면에, 일 끝단이 상기 제 1 및 제 2 영역(210, 220)의 경계면 상에 위치하고, 타 끝단이 상기 탱크(200)의 제 1 영역(210) 외부에 이르도록 연결되어 있는 복수의 라인믹서형 파이프 노즐(300)을 포함한다.

Description

차압식 산기장치{DIFFERENTIAL PRESSURE AIR DIFFUSER}

본 발명은 하/폐수 처리장에서 진행되는 포기 공정에서, 포기조에 대한 공기(산소) 전달 효율을 향상시킬 수 있으며, 포기조를 비우지 않고도 용이하게 폐색 및 파손에 대처할 수 있는 등 유지, 관리, 보수 및 교체가 용이한 차압식 산기장치에 관한 것이다.

하/폐수의 처리를 위해서는 물리적, 화학적 처리방법과 결합한 생물학적 처리방법이 주로 사용된다. 이러한 생물학적 처리방법은 크게 혐기성 처리방법과, 호기성 처리방법으로 분류될 수 있는데, 혐기성 처리방법은 처리조 내에 별도의 공기(산소) 공급이 필요 없이, 유기물 내 결합산소를 이용하여 처리하는 방법이며, 호기성 처리방법은 산기장치 등을 이용하여 처리조(포기조) 내에 공기(산소)를 공급 및 수중에 용해시키고 이를 자유산소의 형태로 이용하여 처리하는 방법이다.

따라서, 상기 호기성 처리방법으로 하/폐수를 처리함에 따라서는, 산기장치 등을 이용해 포기조 내에 우수한 효율로 공기(산소)를 전달하는 것이 중요하다. 이러한 산기장치는 통상 포기조 내부에 설치되며, 이를 사용해 우수한 효율로 공기(산소)를 전달 및 공급하기 위해서는 가능한 공기의 기포 크기를 작게 하여 공급할 필요가 있다. 이로서, 공기 기포와 처리 대상 액체(포기조액)의 접촉 비표면적이 증가하여, 상기 포기조액에 대한 공기(산소) 전달율이 보다 향상될 수 있기 때문이다. 이와 같이 공기(산소) 전달율이 향상되면, 동일 처리 용량의 포기조 내에 설치되어야 하는 산기장치의 수나 크기, 송풍기 용량 또한 감소시킬 수 있으므로, 관리가 용이해 지고 관련 설비의 설치 비용 역시 크게 절감될 수 있다.

한편, 기존에는 이러한 산기장치로서 멤브레인 막을 이용한 멤브레인 산기장치나, 볼 타입의 산기장치, 또는 수중 에어레이커 등이 주로 사용되어 왔다.

이중 멤브레인 산기 장치로 유입된 압축 공기에 의해서 상기 멤브레인 막이 풍선처럼 부풀어 오른 후, 멤브레인 막의 기공을 통해 기포가 형성되어 포기조에 공기가 공급되는 방식으로 작동한다. 그런데, 하/폐수에는 다량의 유기물 및 무기물이 포함되어 있어, 슬러지가 상기 산기장치 외부, 예를 들어, 멤브레인 막 상에 적층되어 기포 발생을 저해할 수 있으며, 이로서 충분한 공기(산소) 전달 효율을 나타내지 못할 수 있다. 더구나, 이러한 멤브레인 산기장치의 장기간 사용시에는,　멤브레인 막의 변형 및 파손 등으로 인해 공기 전달 효율이 크게 저하될 수 있고, 특히, 이러한 멤브레인 산기 장치의 휴지기에도 멤브레인 막 상에 슬러지가 적층되어 기공을 폐색 시킬 우려가 있다. 따라서, 이러한 멤브레인 산기 장치의 가동과 휴식를 빈번히 교차하여 운전하는 경우, 멤브레인 막의 폐색, 파손, 변형으로 인한 기대수명의 감소와 공기 전달율의 감소가 더욱 가속화될 수 있다.

더구나, 이러한 멤브레인 산기장치를 교체, 수리 또는 관리 등을 위한 보수하고자 하는 경우, 포기조를 모두 비우고 위 작업을 진행해야 하므로, 전체적인 하/폐수 처리 공정의 효율이나 경제성이 크게 저하될 수 있다.

한편, 볼 타입의 산기장치의 경우, 산기장치 몸체에 구형의 플라스틱 볼을 채워 넣고 상부를 그물형 덮개로 밀폐하고, 하부에서 공기를 유입시켜 볼의 충돌로 미세기포를 만들고, 이를 통해 공기(산소)를 포기조에 공급하는 형태의 산기장치를 지칭한다. 그런데, 이러한 볼 타입의 산기 장치 역시 휴지기 및 정전시 다량의 이물질이 산기장치 몸체로 유입되어 막힘 현상이 발생하여 공기 전달율이 크게 저하될 수 있다. 더구나, 이러한 볼 타입의 산기장치 역시 교체, 수리 또는 관리 등을 위한 보수하고자 하는 경우, 포기조를 모두 비우고 위 작업을 진행해야 하므로, 전체적인 하/폐수 처리 공정의 효율이나 경제성이 크게 저하될 수 있다.

부가하여, 수중 에어레이터는, 공기배관에서 나오는 공기버블을 교반기 등을 사용해 물리적인 힘을 가하여 작게 쪼개어 분산 시키는 장치를 지칭한다. 이러한 수중 에어레이터의 경우, 상술한 다른 형태의 산기장치들과 달리 휴지기시 막힘 현상이나, 산기장치 내, 외에서 슬러지 적체가 잘 일어나지 않으며, 유지, 관리 및 보수 시 포기조를 비워야 하는 번거러움이 없는 장점이 있다. 그러나, 이러한 수중 에어레이터는 모터가 부착된 교반기의 부착으로 무게가 무거워 인양하는데 있어 별도의 장비(크레인 등)가 필요하며, 수중에 설치되어 있어 교반기 모터의 열로 인하여 포기조 액온이 상승되어 공기(산소)의 액 중 포화도가 저하될 수 있다. 이로 인해, 전체적인 하/폐수 처리 공정의 효율이나 경제성이 크게 저하될 수 있다.

이에 본 발명은 하/폐수 처리장에서 진행되는 포기 공정에서, 포기조에 대한 공기(산소) 전달 효율을 더욱 향상시킬 수 있으며, 포기조를 비우지 않고도 용이하게 폐색 및 파손에 대처할 수 있는 등 유지, 관리, 보수 및 교체가 용이한 차압식 산기장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 공기가 유입되는 제 1 영역(210)과, 포기조액이 공급되는 상기 제 1 영역(210) 하부의 제 2 영역(220)이 정의되어 있는 탱크(200); 상기 탱크(200) 상부에 연결되어 상기 제 1 영역(210)에 공기를 공급하는 공기 유입관(100); 상기 탱크(200) 측면에 연결되어 상기 제 2 영역(220)에 포기조액을 공급하는 포기조액 유입관(400); 상기 제 2영역(220)의 탱크(200) 하부에 연결되어 상기 탱크(200)의 세정시 이물질을 배출시키는 소제구(500); 및 상기 탱크(200)의 측면에, 일 끝단이 상기 제 1 및 제 2 영역(210, 220)의 경계면 상에 위치하고, 타 끝단이 상기 탱크(200)의 제 1 영역(210) 외부에 이르도록 연결되어 있는 복수의 라인믹서형 파이프 노즐(300)을 포함하는 차압식 산기장치(10)를 제공한다.

상기 본 발명의 차압식 산기장치는, 예를 들어, 스테인레스 등 비부식성 금속제 탱크의 내부에서 공기의 기포와, 처리 대상 액체(포기조액)의 접촉 면적을 크게 증가시키면서, 공기의 미세 기포를 포기조액에 접촉 및 공급하며, 이렇게 공기가 공급된 포기조액을 다수의 라인믹서형 파이프 노즐을 통해 통과 및 배출시키면서 상기 공기와 포기조액의 접촉 시간 및 접촉 표면적을 더욱 증가시킬 수 있다.

따라서, 상기 차압식 산기장치는 기존의 멤브레인 산기장치 또는 볼 타입의 산기장치에 비해, 포기조에 대한 공기 전달 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 기존 멤브레인 산기장치 재질(P.E+EPDM고무)이 아닌 비부식성 금속제(스테인리스) 재질을 사용하여 내구성 및 부식에 강하다. 상기 비부식성 금속제 탱크 내부에서 공기와, 액체 간의 경계면에서 차압에 의한 1차접촉이 이루어지고, 상기 탱크 내부가 일정 압력이 되면 복수의 라인믹서형 파이프 노즐을 통하여 포기조액 중으로 분사 되면서 2차 접촉이 이루어져 공기(산소)와 포기조 액 간의 접촉되는 비표면적 증가 등을 통해 우수한 공기 전달 효율을 얻는다. 이에 더하여, 장치 본체의 재질 개선을 통한 산기장치의 기대수명이 증가되며 이의 파손 및 부식이 크게 줄어들 수 있고, 1.2차 반응을 통한 접촉 효율증대로 설치대수 및 송풍기(Blower)의 용량감소의 효과를 기대 할 수 있다. 또, 사용 시간에 따라 산기장치 내, 외에 슬러지가 쌓여 공기 전달 효율이 감소하는 현상 역시 크게 줄일 수 있다.

더구나, 이하에 더욱 상세히 설명하겠지만, 상기 포기조 내에 설치되는 복수의 산기장치를 포기조 내의 액체를 제거하지 않고도 인양할 수 있으므로, 산기장치의 폐색 및 파손 등에 대해 보다 용이하게 대처를 할 수 있고, 산기장치의 유지, 관리, 보수 및 교체가 단시간 내에 이루어질 수 있다.

도 1은 발명의 일 구현예에 따른 차압식 산기장치의 개략적인 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 상기 도 1의 차압식 산기장치의 개략적인 구성을 나타내는 평면도이다.
도 3은 발명의 구현예들에 따른 차압식 산기장치를 포기조에 설치한 모습의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로, 발명의 구현예에 따른 차압식 산기장치에 대해 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 발명의 일 구현예에 따른 차압식 산기장치의 개략적인 구성을 나타내는 단면도이다. 도 2는 상기 도 1의 차압식 산기장치의 개략적인 구성을 나타내는 평면도이다.

상기 도 1 및 도 2를 참조하면, 발명의 일 구현예에 따른 차압식 산기장치(10)는 공기가 유입되는 제 1 영역(210)과, 포기조액이 공급되는 상기 제 1 영역(210) 하부의 제 2 영역(220)이 정의되어 있는 탱크(200); 상기 탱크(200) 상부에 연결되어 상기 제 1 영역(210)에 공기를 공급하는 공기 유입관(100); 상기 탱크(200) 측면에 연결되어 상기 제 2 영역(220)에 포기조액을 공급하는 포기조액 유입관(400); 상기 제 2영역(220)의 탱크(200) 하부에 연결되어 상기 탱크(200)의 세정시 이물질을 배출시키는 소제구(500); 및 상기 탱크(200)의 측면에, 일 끝단이 상기 제 1 및 제 2 영역(210, 220)의 경계면 상에 위치하고, 타 끝단이 상기 탱크(200)의 제 1 영역(210) 외부에 이르도록 연결되어 있는 복수의 라인믹서형 파이프 노즐(300)을 포함한다.

이러한 산기장치(10)에서는, 별도로 제공되는 외부의 공기 압축기 등에서 압축된 공기를 공기 유입관(100)을 탱크(200) 상부의 제 1 영역(210)으로 유입시키고, 처리 대상 액체, 즉, 산기장치가 설치된 포기조에서 유입되는 포기조액은 탱크(200) 측면에 연결되어 있는 포기조액 유입관(400)으로부터 상기 탱크(200) 하부의 제 2 영역(220)으로 유입시킬 수 있다.

이렇게 유입된 공기와, 포기조액은 상기 제 1 및 제 2 영역(210, 220)의 경계면(즉, 기액경계면)에서 서로 접촉할 수 있으며, 이러한 기액경계면에서는 압축공기의 압력과, 포기조액의 수압간의 압력 차에 의해 탱크(200) 내부의 난류가 발생될 수 있다. 이러한 난류에 의해 상기 압축공기와 포기조액이 보다 넓은 비표면적으로 접촉하면서, 압축공기의 기포가 포기조액 내로 공급 및 전달될 수 있고, 이로서 1차 공기(산소) 공급이 이루어질 수 있다.

이렇게 1차로 공기공급된 포기조액은 상기 제 1 및 제 2 영역(210, 220)의 경계면에 일 끝단이 형성되어 있는 복수의 라인믹서형 파이프 노즐(300)을 통해 외부, 즉, 포기조로 배출될 수 있으며, 이때 2차로 공기(산소)와 포기조액 간의 접촉이 이루어진다. 이렇게 공기(산소) 공급된 포기조액에 대해, 호기성 처리방법에 의한 하/폐수 처리 공정이 진행될 수 있는 것이다.

특히, 상기 1차로 공기공급된 포기조액은 상기 압축공기의 상승압력으로 상기 복수의 라인믹서형 파이프 노즐(300; 나선형 파이프 형태)을 통과할 수 있게 되는데, 이러한 포기조액이 라인믹서형의 파이프를 따라서 회전하면서 통과하는 과정에서 상기 포기조액 내의 기, 액 접촉 시간 및 접촉 표면적이 더욱 증가할 수 있다. 이때, 상기 공기의 기포가 더욱 미세화되면서, 기액 접촉 비표면적이 크게 향상될 수 있으며, 결국, 일 구현예의 산기장치를 이용해 크게 향상된 포기조액에 대한 공기 전달 효율을 달성할 수 있게 된다.

따라서, 일 구현예의 산기장치를 사용하는 경우, 포기조 내에서의 공기(산소) 전달 효율이 크게 향상될 수 있으므로, 포기조 내에서의 산기장치 설치 수 및 용량 또한 크게 줄일 수 있고, 포기 공정 또는 하/폐수 처리 공정의 관리 효율 및 경제성 역시 크게 향상시킬 수 있게 된다.

상술한 일 구현예의 산기장치(10)에서, 상기 탱크(200)는 원통형의 비부식성 금속제 탱크, 예를 들어, 원통형의 스테인레스 스틸제 탱크로 될 수 있으며, 상기 공기 유입관(100), 포기조액 유입관(400) 및 라인믹서형 파이프 노즐(300) 역시 상기 탱크(200)와 동일한 재질로 되거나, 필요에 따라 이와 다른 수지제 등의 재질로 될 수 있다.

상기 탱크(200) 등이 이러한 비부식성 금속제 재질로 됨에 따라, 상기 산기 장치를 포기조 내에서 장시간 사용함에 따른 파손 또는 부식 등의 발생을 최소화할 수 있다. 더구나, 상기 탱크(200)가 슬러지 및 이물질에 의해 막힘이 적은 구조로 이루어짐에 따라, 사용 시간에 따라 산기장치 내에 슬러지가 쌓여 공기 전달 효율이 감소하는 현상 역시 크게 줄일 수 있다.

추가로, 상기 산기장치(10)에서는, 상기 제 2영역(220)의 탱크(200) 하부에 연결되어 있는 소제구(500)가 구비되는데, 이러한 소제구(500)를 통해, 상기 탱크(200)의 세정시 이물질을 배출시킬 수 있다.

한편, 도 3은 발명의 구현예들에 따른 차압식 산기장치를 포기조에 설치한 모습의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 3을 참고하면, 포기조 내에는 다수의 산기장치(10)가 설치될 수 있는데, 이러한 산기장치(10)는 인양 및 관리가 보다 용이하도록 설치 및 연결될 수 있다. 즉, 이를 위해, 상기 각 산기장치(10)의 탱크(200) 상부에 연결되어 있는 인양용 케이블(600)을 더 포함할 수 있으며, 상기 인양용 케이블(600)은 상기 산기장치(10)가 포함되는 포기조 상부(700)와 별도의 고정 수단, 예를 들어, 후크 등을 통해 연결될 수 있다.

또한, 상기 탱크(200) 상부의 공기 유입관(100)은 분배관(901)을 통해 상기 산기장치(10)가 포함되는 포기조 상부의 공기공급 주배관(800)과 연결될 수 있으며, 공기 압축기 등에서 압축된 공기가 이러한 공기공급 주배관(800) 및 이와 연결된 분배관(901)을 통해 각각의 산기장치(10)의 공기 유입관(100)으로 공급될 수 있다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 공기공급 주배관(800)은 복수의 분배관(901)을 통해 복수의 산기장치(10)와 연결될 수 있고, 상기 공기공급 주배관(800) 및 복수의 분배관(901)은 유연성을 갖는 수지제 호스(900)를 통해 분리 가능하게 연결될 수 있다.

이러한 연결 구조를 통해, 상기 인양용 케이블(600)을 이용해 포기조를 비우지 않고도 각각의 산기장치(10)를 쉽게 인양할 수 있으며, 이로서 산기장치의 폐색 및 파손 등에 대해 보다 용이하게 대처를 할 수 있고, 산기장치의 유지, 관리, 보수 및 교체가 보다 용이하게 될 수 있다. 더구나, 이렇게 각각의 산기장치(10)를 인양함에 있어서는, 공기공급 주배관(800) 및 복수의 분배관(901) 사이를 쉽게 분리하여 인양, 관리, 보수 및 점검할 수 있으므로, 상기 산기장치의 교체나 수리가 편리하고 유지관리가 쉬운 장점이 있다.　　

상술한 바와 같이, 본 발명의 차압식 산기장치는 기존의 멤브레인 산기장치 또는 볼 타입의 산기장치에 비해, 포기조에 대한 공기 전달 효율을 크게 향상시킬 수 있으며, 산기장치의 수명이 증가되고 이의 파손 및 부식이 크게 줄어들 수 있고, 사용 시간에 따라 산기장치 내에 슬러지가 쌓여 공기 전달 효율이 감소하는 현상 역시 크게 줄일 수 있다.

더구나, 상기 포기조 내에 설치되는 복수의 산기장치의 인양을 포기조 내의 액체를 제거하지 않고도 보다 용이하게 할 수 있으므로, 산기장치의 폐색 및 파손 등에 대해 보다 용이하게 대처를 할 수 있고, 산기장치의 유지, 관리, 보수 및 교체가 보다 용이하게 될 수 있다.

10: 차압식 산기장치 100: 공기 유입관
200: 탱크 210, 220: 제 1 및 제 2 영역
300: 라인믹서형 파이프 노즐 400: 포기조액 유입관
500: 소제구 600: 인양용 케이블
700: 포기조 상부(인양용 케이블 고정부) 800: 공기공급 주배관
901: 분배관 900: 수지제 호스

Claims (6)

1. 포기조의 포기조액 내에 침지된 차압식 산기장치로서;
   압축공기가 유입되는 제 1 영역(210)과, 포기조액이 공급되는 상기 제 1 영역(210) 하부의 제 2 영역(220)이 정의되어 있는 탱크(200),
   상기 탱크(200) 상부에 연결되어 상기 제 1 영역(210)에 압축공기를 공급하는 공기 유입관(100),
   상기 탱크(200) 측면에 연결되어 상기 제 2 영역(220)에 포기조액을 공급하는 포기조액 유입관(400),
   상기 제 2영역(220)의 탱크(200) 하부에 연결되어 상기 탱크(200)의 세정시 이물질을 배출시키는 소제구(500), 및
   상기 탱크(200)의 측면에, 일 끝단이 상기 제 1 및 제 2 영역(210, 220)의 경계면 상에 위치하고, 타 끝단이 상기 탱크(200)의 제 1 영역(210) 외부에 이르도록 연결되어 있으며, 각각이 나선형 파이프 형태를 띄고 있는 복수의 라인믹서형 파이프 노즐(300)을 포함하고;
   상기 제 1 및 제 2 영역(210, 220)의 경계면에서, 상기 압축공기와 포기조액이 접촉하여 포기조액에 공기가 공급되며, 공기가 공급된 포기조액은 상기 라인믹서형 파이프 노즐(300)을 통해 외부로 배출되는, 차압식 산기장치(10).
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 탱크(200)는 원통형의 비부식성 금속제 탱크인 차압식 산기장치(10).
   
4. 제 1 항에 있어서, 상기 탱크(200) 상부에 연결되어 있는 인양용 케이블(600)을 더 포함하고,
   상기 인양용 케이블(600)은 상기 산기장치(10)가 포함되는 포기조 상부(700)와 상기 탱크(200)를 연결하는 차압식 산기장치(10).
   
5. 제 1 항에 있어서, 상기 공기 유입관(100)은 분배관(901)을 통해 상기 산기장치(10)가 포함되는 포기조 상부의 공기공급 주배관(800)과 연결되어 있고,
   상기 공기공급 주배관(800)은 복수의 분배관(901)을 통해 복수의 산기장치(10)와 연결되어 있는 차압식 산기장치(10).
   
6. 제 5 항에 있어서, 상기 공기공급 주배관(800) 및 복수의 분배관(901)은 유연성을 갖는 수지제 호스(900)를 통해 분리 가능하게 연결되어 있는 차압식 산기장치(10).

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